Ensayo de torsión en materiales

La torsión es un tipo de esfuerzo que resulta cuando se aplica un momento sobre un elemento estructural o prisma mecánico, como un eje. La torsión es un tipo de esfuerzo diferencial que se produce en un sistema estructural en el que hay un eje principal y la estructura está sometida a una carga de momento total. El esfuerzo de torsión resultante es proporcional al momento aplicado y al radio del elemento o prisma. Por tanto, la torsión está directamente relacionada con el concepto de momento. El esfuerzo de torsión no tiene ninguna magnitud asociada. La magnitud o amplitud del esfuerzo de torsión está relacionada con la forma del elemento o prisma.

El equilibrio de una estructura sometida a torsión está influenciado por muchos factores, como el tipo de construcción y la cantidad de esfuerzo de torsión.

Uno de los factores que influyen en el equilibrio de la estructura es la distribución del momento aplicado. Si el momento se aplica a lo largo del eje principal de la estructura, las fuerzas tenderán a descargar el elemento o prisma y, por tanto, a disminuir el esfuerzo de torsión global. Si el momento se aplica con un ángulo respecto al eje mayor, las fuerzas tenderán a girar el elemento o prisma. Cuanto mayor sea el ángulo del momento, mayor será la desviación del estado de equilibrio.

El equilibrio de la estructura no se alcanzará hasta que el momento sea nulo.

Para comprender el papel de la torsión en la integridad estructural, es importante entender qué es la torsión.

 

¿Qué es un ensayo de torsión?

La prueba de torsión es un método para medir la fuerza aplicada a un objeto. Suele utilizarse para medir la resistencia de materiales como plásticos, metales y cerámica.

Dado que la aplicación de la fuerza puede deformar el objeto sometido a prueba, esta medición suele denominarse par "aparente" o "permanente". Para medir el par verdadero, es necesario tener en cuenta los efectos que el objeto de prueba pueda tener sobre el equipo de prueba (es decir, la fricción). Las mediciones de par se realizan normalmente con una máquina de ensayo de torsión de cruceta (o "cabrestante") especializada. Estas máquinas están equipadas con sensores que son capaces de medir la fuerza que se aplica a un objeto bajo prueba. Estos sensores transmiten esta información a un ordenador, que es capaz de calcular el valor del par de torsión basándose en estas mediciones. Los ensayos de torsión pueden utilizarse para calcular muchas propiedades diferentes de un material, como la elasticidad, la resistencia a la compresión y el límite elástico.

¿Cómo se hace el ensayo de torsión?

La prueba de torsión se realiza colocando una llave dinamométrica para hacer girar el tornillo. La llave dinamométrica mide cuánto gira el tornillo y calcula la cantidad de par (fuerza de rotación) aplicada al tornillo. El par se mide en unidades denominadas Newton-metros.

El par es una fuerza de rotación. Una llave dinamométrica mide la fuerza que se aplica al tornillo.

¿Qué significa el par de torsión?

El par es una medida de la fuerza de rotación. Se define como la cantidad de fuerza necesaria para girar un objeto alrededor de un eje o punto de giro. El par se suele expresar en términos de Newton-metros (Nm). Por ejemplo, una llave que aplica 10 Nm de par a un tornillo requerirá 10 Newton-metros de fuerza para girar el tornillo una revolución completa.

El par de apriete es importante en muchas situaciones, tanto dentro como fuera de la fabricación. Por ejemplo, es fundamental que los motores de los automóviles produzcan suficiente par para hacer girar las ruedas. Un motor de automóvil que no pueda producir suficiente par no podrá mover el coche.

El par motor también puede ser útil en entornos de fabricación. Por ejemplo, algunos procesos de fabricación requieren que los tornillos se aprieten con especificaciones de par específicas para garantizar que las piezas estén bien sujetas y no se suelten durante el transporte o el uso. Las llaves dinamométricas se utilizan habitualmente para garantizar que los pernos se aprietan correctamente durante estos procesos.

¿Cómo funciona una máquina de ensayos de torsión?

Una máquina de ensayo de torsión puede utilizarse para medir la cantidad de torsión que se produce cuando se aplica una fuerza a una superficie. La máquina funciona aplicando una fuerza a la superficie mediante un brazo de palanca o un cilindro hidráulico, y midiendo la cantidad de fuerza que se necesita para producir una determinada cantidad de par.

Una máquina de ensayo de par de torsión suele consistir en una superficie de montaje que puede fijarse a un brazo de palanca o a un cilindro hidráulico. La superficie de montaje suele estar atornillada al brazo de palanca o al cilindro hidráulico para garantizar que permanezca en su sitio mientras se aplica la fuerza. El brazo de palanca o el cilindro hidráulico pueden utilizarse entonces para aplicar una fuerza a la superficie de montaje con el fin de producir una determinada cantidad de par. La máquina de prueba del esfuerzo de torsión se puede entonces utilizar para medir la cantidad de fuerza que se requiere para producir una cantidad específica de esfuerzo de torsión, que se puede entonces utilizar para determinar la cantidad de esfuerzo de torsión que fue producida.

Este proceso permite que la máquina de prueba de torsión mida exactamente la cantidad de torsión que es producida cuando una fuerza es aplicada a una superficie.

¿Qué tipo de materiales se utilizan para las pruebas de torsión?

Los ensayos de torsión se realizan con materiales que pueden retorcerse. Los materiales se ensayan individualmente o en forma de compuesto.

Además de la resistencia a la torsión, deben ensayarse otras propiedades como la resistencia al impacto, a la compresión y a la flexión. Como parte de un procedimiento de prueba típico, cada material se prueba individualmente antes de ensamblarlo en una estructura compuesta. Esto permite a los ingenieros determinar la resistencia de cada componente individual, así como la resistencia del conjunto completo.

Además, el tamaño de la muestra debe ser lo suficientemente grande como para detectar cualquier error. Si la muestra es demasiado pequeña, es posible que no tenga suficiente peso para crear una fricción suficiente para una lectura correcta. Si el tamaño de la muestra es demasiado grande, puede ser demasiado incómodo mantenerla en su sitio mientras se realiza la prueba.

Si el material que se prueba es un compuesto, todos sus componentes deben ser compatibles entre sí. Muchas veces, la combinación incorrecta de materiales puede crear resultados inesperados o incluso hacer que un material falle por completo.

Como se ha comentado anteriormente, el ensayo de torsión puede utilizarse para determinar la resistencia de un material. También puede utilizarse para identificar defectos en la estructura de un material, así como problemas en su proceso de fabricación.

Probar todos los aspectos de un material antes de utilizarlo en un montaje real puede ahorrar a los fabricantes tanto tiempo como dinero.

Aplicaciones del ensayo de torsión

Los ensayos de torsión también se denominan ensayos de par. Se utilizan para comprobar la resistencia del material de un objeto. Un ensayo de torsión consiste en aplicar una fuerza de torsión (par de torsión) a un objeto y medir cuánto se tuerce en respuesta. Esto se hace para medir la elasticidad, la fuerza y la resistencia del objeto. Los ensayos de torsión se utilizan habitualmente en ingeniería civil y ciencia de los materiales. Se suelen utilizar para probar la resistencia de materiales como el acero, el hormigón y la madera. También se utilizan para evaluar la durabilidad de tornillos y pernos. Los ensayos de torsión pueden realizarse en una máquina o a mano. Los ingenieros utilizan las máquinas de torsión para retorcer los materiales de forma rápida y precisa. Si no se dispone de una máquina, se pueden utilizar probadores manuales. Los ensayos de torsión suelen utilizarse para comprobar la integridad de las losas de hormigón antes de su instalación. También pueden utilizarse para probar la durabilidad de tornillos y pernos.

Ejemplos de torsión en estructuras

En las estructuras, la torsión se produce cuando se aplica una carga con un ángulo respecto al eje de rotación. Esto provoca la aplicación de un par de torsión a la estructura y da lugar a una torsión. La torsión puede producirse en cualquier estructura que tenga un marco o eje rígido y que esté sometida a cargas externas. Un buen ejemplo de torsión es la bisagra de una puerta, que se apoya en dos vigas verticales que están conectadas por una viga horizontal. Cuando la puerta se abre o se cierra, se aplica una carga a la bisagra, haciendo que se tuerza alrededor de su eje. Otro ejemplo de torsión es una viga del suelo que soporta un techo. Cuando la viga se carga con peso, se tuerce alrededor de su eje. En este caso, la carga puede aplicarse en ángulo con respecto a la viga, lo que provoca la torsión.

La torsión también puede estar presente en los edificios cuando están sometidos a fuerzas como terremotos o cargas de viento. La torsión puede causar daños en las estructuras al debilitar los materiales o provocar la rotura de piezas. Por ello, los ingenieros deben tener en cuenta la torsión a la hora de diseñar las estructuras y deben asegurarse de que los componentes son lo suficientemente fuertes como para soportar la carga.